磨削是加工制造领域尤其是精密加工领域中的一种重要加工方法,但磨削过程对于去除单位体积材料需要极高的能量输入,这些能量几乎全部转化为热量并集中在磨削区内,导致磨削区的温度急剧升高,且在工件表层形成极大的温度梯度。如果磨削温度超过一定的临界值就会引起工件表面热损伤,如表面烧伤、材料氧化、残余应力和裂纹等,从而影响零件的使用寿命和工作性能,同时还会影响砂轮的使用寿命。因此对磨削温度的研究具有重要的理论意义和实际价值。本文采用理论推导、实验分析和数值仿真等手段,对平面磨削温度场进行了研究,所研究的主要内容如下:(1)对磨削温度场的理论研究。探讨了不同热源分布模型对工件温度分布、工件表面温度的变化速度和最高磨削温度所在位置等方面的影响,分析了磨削热的产生和磨削区热量的传递途径,并介绍了三种典型的热量分配比例理论模型。(2)对磨削温度进行了系统的实验研究。根据实验结果,深入分析了磨削参数、磨削方式和砂轮性质等因素对磨削温度的影响。磨削温度会随着磨削深度、砂轮速度和工件速度的增大而升高,对磨削温度影响最大的磨削参数是切深,其次是工件速度,而砂轮速度的影响最小;顺磨与逆磨时切屑的形成机理和变形等不同,导致顺磨与逆磨的热效应存在较大差异,因此顺磨时磨削区温度较高;CBN磨粒导热性能比氧化铝磨粒好,从而CBN砂轮磨削后工件的表面温度较低。(3)对砂轮-工件接触长度进行了深入的理论分析和实验研究。研究发现,实际接触长度大于几何接触长度,且当切深较小、工件速度较大时,二者的差距更大;接触长度随着切深、工件速度、砂轮直径的增大而增大;当磨削温度升高时,工件变软,使得接触长度增大;此外随着磨削力的增大,砂轮、工件和磨粒的变形增大,从而接触长度增大。(4)对磨削温度场的三维数值仿真研究。考虑工件材料物理性能与温度的非线性关系,采用三角形热源模型,对一些典型的磨削工况进行了三维有限元仿真,获得了工件的温度分布情况,并分析了热源分布模型、磨削液和工件材料的变物性等因素对磨削温度场的影响;研究结果表明有限元仿真值与实验测量值吻合较好,并利用表面粗糙度仪探测了工件轮廓,验证了湿磨时磨削温度沿工件宽度方向的变化规律。